鈮(ni)(Niobium),化學符號Nb,原子(zi)序數為41,是(shi)一種(zhong)過渡金(jin)屬(shu)元(yuan)素。鈮(ni)單質是(shi)一種(zhong)帶光澤的(de)灰色金(jin)屬(shu)。高(gao)純度(du)鈮(ni)金(jin)屬(shu)的(de)延展性較(jiao)高(gao),但會隨雜質含量的(de)增(zeng)加(jia)而變硬。鈮(ni)對于(yu)熱中子(zi)的(de)捕獲截面很低,因此在核工業上有相當的(de)用處(chu)。
當于(yu)1801年考察在大英(ying)博物(wu)館的礦(kuang)石時(shi),Charles Hatchett被(bei)一個標簽為columbite(鈳鐵礦(kuang))的樣(yang)本(ben)(ben)激起(qi)了興趣。他推測其包含一種新的金屬,他是對的。他加熱一塊樣(yang)本(ben)(ben)與碳(tan)酸(suan)鉀,溶解產(chan)物(wu)到水中,添(tian)加了酸(suan)后獲得了沉淀物(wu)。然而,進一步(bu)的處理也沒能生產(chan)出元素本(ben)(ben)身,他命名其為columbium(鈳——鈮元素的舊譯),被(bei)人們已知多年。
其他(ta)人則對鈳(ke)持懷疑態度(du),尤其是在(zai)接下來的(de)(de)(de)(de)一(yi)年發現了(le)(le)鉭之后。這(zhe)些金(jin)屬在(zai)大自然中一(yi)起(qi)出(chu)現,而且很難分離。在(zai)1844年德國(guo)化(hua)(hua)學(xue)(xue)家Heinrich Rose證明(ming)了(le)(le)鈳(ke)鐵礦包含了(le)(le)這(zhe)兩(liang)種元(yuan)素,他(ta)把columbium(鈳(ke))命(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming)為(wei)niobium(鈮(ni))。“Columbium”(鈳(ke),符號(hao)Cb)是哈(ha)契(qi)特對新元(yuan)素所給的(de)(de)(de)(de)最早命(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming)。這(zhe)一(yi)名(ming)(ming)(ming)稱在(zai)美國(guo)一(yi)直有廣泛的(de)(de)(de)(de)使用(yong)(yong)(yong),美國(guo)化(hua)(hua)學(xue)(xue)學(xue)(xue)會在(zai)1953年出(chu)版(ban)了(le)(le)最后一(yi)篇標題含有“鈳(ke)”的(de)(de)(de)(de)論(lun)文(wen);“鈮(ni)”則在(zai)歐(ou)洲通用(yong)(yong)(yong)。1949年在(zai)阿姆斯(si)特丹舉辦的(de)(de)(de)(de)化(hua)(hua)學(xue)(xue)聯合會第15屆會議最終決(jue)定以“鈮(ni)”作為(wei)第41號(hao)元(yuan)素的(de)(de)(de)(de)正(zheng)式命(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming)。翌年,國(guo)際純粹與應(ying)用(yong)(yong)(yong)化(hua)(hua)學(xue)(xue)聯合會(IUPAC)也(ye)采納了(le)(le)這(zhe)一(yi)命(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming),結束了(le)(le)一(yi)個世紀(ji)來的(de)(de)(de)(de)命(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming)分歧(qi),盡管“鈳(ke)”的(de)(de)(de)(de)使用(yong)(yong)(yong)時間更早。這(zhe)可(ke)算(suan)是一(yi)種妥協:IUPAC依北美的(de)(de)(de)(de)用(yong)(yong)(yong)法(fa)選擇“Tungsten”而非歐(ou)洲所用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)“Wolfram”作為(wei)鎢的(de)(de)(de)(de)命(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming),并在(zai)鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)命(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming)上以歐(ou)洲的(de)(de)(de)(de)用(yong)(yong)(yong)法(fa)為(wei)先。具(ju)權威(wei)性的(de)(de)(de)(de)化(hua)(hua)學(xue)(xue)學(xue)(xue)會和政府(fu)機構都(dou)一(yi)般(ban)以IUPAC正(zheng)式命(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming)稱之,但(dan)美國(guo)地質(zhi)調(diao)查局(ju)以及(ji)冶金(jin)業、金(jin)屬學(xue)(xue)會等組織(zhi)至今(jin)仍使用(yong)(yong)(yong)舊(jiu)名(ming)(ming)(ming)“鈳(ke)”。
當時,科學家(jia)未能(neng)有效地把鈳(鈮(ni)(ni))和(he)(he)性質極為(wei)(wei)相似的鉭(tan)區分(fen)(fen)開來。1809年,英國(guo)(guo)化學家(jia)威廉·海(hai)德(de)·沃(wo)拉斯頓(dun)(William Hyde Wollaston)對(dui)鈳和(he)(he)鉭(tan)的氧化物進行比較,得出(chu)兩者(zhe)的密度分(fen)(fen)別為(wei)(wei)5.918g/cm3及超過16.6g/cm3。雖然密度值相差(cha)巨(ju)大,但他仍認為(wei)(wei)兩者(zhe)是完全相同的物質。另(ling)一德(de)國(guo)(guo)化學家(jia)海(hai)因里希·羅(luo)澤(Heinrich Rose)在(zai)(zai)1846年駁(bo)斥這(zhe)一結(jie)論,并(bing)稱(cheng)原先的鉭(tan)鐵礦樣本中(zhong)還存在(zai)(zai)著另(ling)外兩種元(yuan)(yuan)素。他以希臘神話中(zhong)坦塔(ta)洛斯的女兒尼俄伯(Niobe,淚水(shui)女神)和(he)(he)兒子(zi)珀羅(luo)普斯(Pelops)把這(zhe)兩種元(yuan)(yuan)素分(fen)(fen)別命名為(wei)(wei)“Niobium”(鈮(ni)(ni))和(he)(he)“Pelopium”。鉭(tan)和(he)(he)鈮(ni)(ni)的差(cha)別細微(wei),而因此得出(chu)的新“元(yuan)(yuan)素”Pelopium、Ilmenium和(he)(he)Dianium實際上都只(zhi)是鈮(ni)(ni)或者(zhe)鈮(ni)(ni)鉭(tan)混合物。
1864年(nian),克利(li)斯(si)蒂安·威廉·布隆斯(si)特(te)蘭(Christian Wilhelm Blomstrand)、亨(heng)利(li)·愛丁·圣(sheng)克萊爾·德維爾和(he)路易·約瑟夫·特(te)羅斯(si)特(te)(Louis Joseph Troost)明(ming)確證明(ming)了(le)鉭(tan)和(he)鈮是兩(liang)種不同的(de)化(hua)(hua)學(xue)元素(su),并確定了(le)一(yi)些相關化(hua)(hua)合物的(de)化(hua)(hua)學(xue)公式。瑞士化(hua)(hua)學(xue)家讓-夏爾·加利(li)薩·德馬里尼亞(Jean Charles Galissard de Marignac)在1866年(nian)進一(yi)步證實除鉭(tan)和(he)鈮以外別無其(qi)他元素(su)。然而直到(dao)1871年(nian)還有科學(xue)家發表有關Ilmenium的(de)文(wen)章。
1864年,德馬里尼(ni)亞在(zai)氫氣中(zhong)對氯化鈮(ni)(ni)進行還原(yuan)反(fan)應,首次(ci)制(zhi)成鈮(ni)(ni)金屬(shu)(shu)。雖然他在(zai)1866年已能(neng)夠制(zhi)備不含鉭的(de)(de)鈮(ni)(ni)金屬(shu)(shu),但要直到(dao)20世紀初,鈮(ni)(ni)才開(kai)始有商業上的(de)(de)應用:電(dian)(dian)燈(deng)(deng)泡燈(deng)(deng)絲。鈮(ni)(ni)很(hen)快就被(bei)鎢淘汰了(le),因為鎢的(de)(de)熔點(dian)比鈮(ni)(ni)更高,更適合(he)作(zuo)燈(deng)(deng)絲材料。1920年代(dai),人們發現鈮(ni)(ni)可以加強(qiang)鋼材,這(zhe)成為鈮(ni)(ni)一直以來(lai)的(de)(de)主要用途。貝爾實驗(yan)室的(de)(de)尤金·昆(kun)茲勒(Eugene Kunzler)等人發現,鈮(ni)(ni)錫(xi)在(zai)強(qiang)電(dian)(dian)場、磁場環境(jing)下(xia)仍能(neng)保持超導性,這(zhe)使(shi)(shi)鈮(ni)(ni)錫(xi)成為第一種能(neng)承受高電(dian)(dian)流和(he)(he)(he)磁場的(de)(de)物質,可用于大功率(lv)磁鐵和(he)(he)(he)電(dian)(dian)動(dong)機械。這(zhe)一發現促使(shi)(shi)了(le)20年后多股長電(dian)(dian)纜(lan)的(de)(de)生產。這(zhe)種電(dian)(dian)纜(lan)在(zai)繞成線圈后可形成大型強(qiang)電(dian)(dian)磁鐵,用在(zai)旋轉機械、粒(li)子加速器和(he)(he)(he)粒(li)子探測(ce)器當中(zhong)。
純凈(jing)的金屬樣本在(zai)1864年由Christian Blomstrand制取,他用氫氣加熱還原(yuan)氯(lv)化鈮實(shi)現。
一種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)金屬元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)。鈮(ni)能吸收(shou)氣(qi)體(ti),用作除氣(qi)劑(ji),也是一種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)良好的(de)(de)超導(dao)體(ti)。舊稱“鈳(ke)”。化學符號Nb,原子(zi)序(xu)數(shu)41,原子(zi)量92.90638,屬周(zhou)期系ⅤB族。1801年英國查(cha)爾(er)斯(si)·哈(ha)切特(Charles·Hatchett)在(zai)(zai)研究(jiu)倫敦(dun)大(da)英博物(wu)館中收(shou)藏的(de)(de)鈮(ni)鐵(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)中分離出一種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)新元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)的(de)(de)氧(yang)化物(wu),并(bing)命名(ming)(ming)該(gai)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)為(wei)columbium(中譯名(ming)(ming)鈳(ke))。1802年瑞典A.G.厄克貝里在(zai)(zai)鉭(tan)鐵(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)中發現另一種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)新元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)tantalum。由于這兩種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)性質上非(fei)常(chang)相(xiang)似,不少(shao)人(ren)認為(wei)它們是同一種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)。由于它與鉭(tan)非(fei)常(chang)相(xiang)似,起初(chu)他竟搞混了。1844年德(de)意(yi)志H.羅(luo)澤(ze)詳細研究(jiu)了許多(duo)鈮(ni)鐵(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)和(he)鉭(tan)鐵(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang),分離出兩種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su),才澄(cheng)清了事實真(zhen)相(xiang)。最后查(cha)爾(er)斯(si)·哈(ha)切特用神話中的(de)(de)女神尼俄伯(Niobe)的(de)(de)名(ming)(ming)字命名(ming)(ming)了該(gai)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)。在(zai)(zai)歷史上,最初(chu)人(ren)們用鈮(ni)所在(zai)(zai)的(de)(de)鈮(ni)鐵(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)的(de)(de)名(ming)(ming)字“columbium”來稱呼鈮(ni)。鈮(ni)在(zai)(zai)地(di)殼中的(de)(de)含量為(wei)0.002%,鈮(ni)在(zai)(zai)地(di)殼中的(de)(de)自然儲量為(wei)520萬噸,可開采儲量440萬噸,主要礦(kuang)(kuang)物(wu)有(you)鈮(ni)鐵(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)、燒綠(lv)石和(he)黑稀金礦(kuang)(kuang)、褐釔鈮(ni)礦(kuang)(kuang)、鉭(tan)鐵(tie)(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)、鈦鈮(ni)鈣鈰礦(kuang)(kuang)。
自然產生的(de)鈮由一(yi)種(zhong)穩定同(tong)位(wei)(wei)素組成:93Nb。截至2003年,已合成的(de)放射性同(tong)位(wei)(wei)素共(gong)有至少32種(zhong),原子(zi)(zi)(zi)量在81和(he)113之間。其(qi)中最穩定的(de)是92Nb,半衰期有3470萬(wan)年;113Nb是最不穩定的(de)同(tong)位(wei)(wei)素之一(yi),其(qi)半衰期估計只有30毫秒。比93Nb更輕(qing)的(de)同(tong)位(wei)(wei)素一(yi)般進行β+衰變(bian),比它重的(de)則會(hui)(hui)(hui)進行β-衰變(bian)。例外包括:81Nb、82Nb和(he)84Nb會(hui)(hui)(hui)進行少量β緩發(fa)(fa)(fa)質子(zi)(zi)(zi)發(fa)(fa)(fa)射,91Nb會(hui)(hui)(hui)進行電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)捕獲和(he)正電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)發(fa)(fa)(fa)射,而(er)92Nb會(hui)(hui)(hui)同(tong)時進行正電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(β+)和(he)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(β-)發(fa)(fa)(fa)射。
已(yi)知的(de)核(he)(he)素共有(you)25種,質量(liang)數介乎84至104。這個質量(liang)區間內的(de)同(tong)位素中,只有(you)96Nb、101Nb和103Nb不具有(you)同(tong)核(he)(he)異構體(ti)。最穩(wen)定的(de)鈮同(tong)核(he)(he)異構體(ti)是93mNb,半衰(shuai)(shuai)期為16.13年(nian);最不穩(wen)定的(de)是84mNb,半衰(shuai)(shuai)期為103納(na)秒。除(chu)92m1Nb進(jin)行(xing)少(shao)量(liang)電子(zi)捕獲之外,所有(you)同(tong)核(he)(he)異構體(ti)的(de)衰(shuai)(shuai)變方式都是同(tong)核(he)(he)異構體(ti)轉換或(huo)β衰(shuai)(shuai)變。
元素符號:Nb
元(yuan)素英文名稱:niobium
元素類型:金屬元素
原子體積:10.87cm3/mol
元素在太陽中的(de)含量(liang):0.004(ppm)
元素(su)在海水中的含量(liang):0.0000009(ppm)
地殼中含量:20(ppm)
相對原子質量:92.90638
原子序數:41
所屬周期:5
所屬族數:VB
核外電子排布(bu):1s22s22p63s23p63d104s24p64d45s1
電子層排布:2,8,18,12,1
晶體(ti)結構:晶胞為體(ti)心(xin)立(li)方晶胞,每(mei)個晶胞含(han)有2個金屬原子。
晶胞參數:a=330.04pm,b=330.04pm,c=330.04pm,α=90°,β=90°,γ=90°
化(hua)合價:+5(主要),-3,-1,0,+1,+2,+3,+4
莫氏硬度:6
聲音在其(qi)中的傳播速率:3480(m/s)
電離能(kJ/mol)
M - M+ 664
M+ - M2+ 1382
M2+ - M3+ 2416
M3+ - M4+ 3695
M4+ - M5+ 4877
M5+ - M6+ 9899
M6+ - M7+ 12100
鈮(ni)(ni)是灰(hui)白色金屬,熔點2468℃,沸點4742℃,密度(du)8.57g/cm3。鈮(ni)(ni)是一種(zhong)帶光澤的(de)灰(hui)色金屬,具有(you)順磁(ci)性,高(gao)(gao)純(chun)度(du)鈮(ni)(ni)金屬的(de)延展性較高(gao)(gao),但會(hui)隨雜質含量的(de)增加而變硬。它(ta)的(de)最外電子(zi)層排布和(he)其他的(de)5族(zu)元素非常不同(tong)。同(tong)樣的(de)現(xian)象也出現(xian)在(zai)前后(hou)的(de)釕(44)、銠(45)和(he)鈀(ba)(46)元素上。
鈮
Z 元素 每層(ceng)電子數
23 釩 2, 8, 11, 2
41 鈮 2, 8, 18, 12, 1
73 鉭 2, 8, 18, 32, 11, 2
105